岩土工程勘察中的水文地质勘探方法及其优化措施研究

任利国, 张海波

(1.中交四航局第五工程有限公司,福建 厦门 361100;2.广州航海学院,广东 广州 510725)

0 引 言

岩土工程勘察是工程建设过程中首先要进行的基础性工作,是岩土工程技术体系中的重要组成部分。从实践情况来看,岩土工程勘察中水文地质问题是非常关键并且容易被忽视的问题。水文地质问题之所以重要,主要是由于水文地质情况直接关系到工程地质情况,地下水不仅是岩土体的关键组成部分,而且对于岩土体工程特性具有重要影响,同时也会对建筑工程耐久性、稳定性造成直接影响。

雷艳[1]、李炜[2]主要针对岩土工程勘察工作中水文地质勘探的地位以及相关内容展开分析。张衎[3]从岩土工程勘察设计与施工的实际出发,分析岩土工程与水文地质的关系。王晓光[4]从不同方面分析了水文地质调查在岩土工程勘察中的应用,认为水文地质调查与环境地质调查、工程地质调查一致,均为岩土工程勘察中的重要内容。刘佳海[5]对岩土工程勘察中的水文地质勘探内容进行了分析,探讨了水文地质给岩土工程带来的影响,提出了在水文地质勘探存在的问题和解决策略。李志奇[6]、肖星球[7]、徐立亮[8]从岩土工程勘察工作主要内容入手,结合当前水文地质勘探中存在的问题提出具体优化措施,进一步提升整体勘察水平。

因此,为了进一步提升工程勘察质量,加强水文地质勘探方法及其优化措施的研究是非常关键的。

1 岩土工程勘察中水文地质勘探概况

1.1 工程勘察的必要性

准确可靠的岩土工程参数对建筑工程具有举足轻重的地位,详细探查岩土工程参数是建筑工程规划、施工、运营阶段不可缺少的依据。岩土的构成情况对于建筑工程的安全性和稳定性有重大影响。这就需要对岩土工程进行详细的勘察,准确探明各地质层的详细参数,为工程提供坚实的基础数据,地下水的勘察是岩土工程勘察的重要组成部分,地下水对岩石的属性有很深的关系,因此需要认真勘察地下水对岩石属性的影响。针对岩土工程勘察中存在的问题进行分析,并提出合理的建议与改进措施。岩土工程勘察流程如图1所示。

图1 岩土工程勘察流程图

1.2 岩土工程勘察中水文地质存在的问题

(1) 对岩土工程勘察不够重视。在实际的岩土工程勘察中,勘察人员往往只关心岩土的地质情况而忽视了水文地质的信息,这就导致了岩土工程勘察的片面化,不能从全局的角度分析得到准确的地质参数。

(2) 对岩土工程勘察不够深入。现阶段尚未形成系统的、科学的、完善的岩土工程勘察体系。在实际工程勘察中,相关勘察浮于表面,难以深入研究。这就使得相关水文地质勘探的结果可靠性与准确性较低,不能够为工程提供精准的基础数据。

2 岩土工程勘察中水文地质勘探方法及技术手段

2.1 案例基本概况

厦门市轨道交通6号线集美至同安段工程嘉庚体育馆—同翔高新城段(即9号线一期工程)是厦门岛外环湾串联同安区与集美区的线路,线路南起嘉庚体育馆站,北至同翔高新城站,沿浔江路—美山路—西洲路—滨海西大道—阳翟路西侧规划轨道交通走廊—霞辉路—环城路—五显路(规划同新路)布设,串联集美老城、侨英片区、美峰现代服务业基地、环东海域新城、西湖片区、同安老城、同翔高新城等城市节点和重要组团。

本工程线路正线右线全长26.420 km,设站15座,平均站间距1.822 km,其中换乘站4座,分别与4、5、6、11号线及BRT换乘;设1段1场,分别为寨阳车辆段、洪塘头停车场,出入线分别自同安一中站、潘涂站接轨,出入线长度分别为1.612 km、0.702 km;设2座主变电所,其中1座利用4号线西洲主变电所,新建1座新民主变电所,位于新民站附近,与5号线共享;控制中心共用1号线园博苑控制中心。

2.2 水文地质试验

本次勘察抽水试验为单孔稳定流简易抽水试验。用螺杆潜水电泵抽水,计量工具为旋翼式水表计,水位测量工具为万用表。

抽水孔均做2～3次降深,降深的稳定延续时间为8～16 h,水位允许波动范围为3～5 cm,试验操作符合相关规范。试验精度与专门水文地质抽水试验有一定差异,可作为大致评价场区岩土水文地质特性的依据。

2.3 室内岩、土、水试验

(1) 一般黏性土试验提供比重、含水量、天然密度、湿密度、孔隙比、饱和度、液限、塑限、塑性指数、液性指数、压缩系数、压缩模量(视需要选做固结系数、水平固结系数、各级压力下的孔隙比)、天然快剪、固结快剪、不固结不排水剪UU、固结不排水剪CU、渗透系数、静止侧压力系数、自由膨胀率、有机质含量等参数。对需要测定基床系数的,选择代表性样品采用三轴试验测定。对盾构施工的黏性土,加做颗粒分析。

(2) 砂土(扰动土)试验提供比重、颗粒分析(包括砂土、粉土的级配)、特征粒径(d70、d60、d50、d30、d10)、不均匀系数,曲率系数及土名等参数,并提供黏粒含量百分率ρc,以及砂土的水上、水下坡角。

(3) 残积土除需要提供一般黏性土试验及颗粒分析试验外,还要提供细粒土的天然含水量、塑性指数、液性指数等细粒土指标。

(4) 岩石试验项目有:比重、密度(天然、烘干、饱和)、吸水率、饱水率、孔隙率、单轴极限抗压强度(天然、饱和、烘干)、软化系数,选择部分样品做弹性模量(E)、泊松比、岩石抗剪断强度(c、φ值)、抗拉试验、岩石波速试验以及软化试验等。当破碎岩体取样困难时,采用点荷载试验测定其强度指标。工点具体试验项目根据工程需要确定。

(6) 对处于地下水位以上的混凝土结构,取土样做土的腐蚀性试验。

2.4 水文地质试验结果

勘察期间在钻孔M9Z3-TQM-46进行抽水试验,利用钻孔M9Z2-TQM-002抽水试验结果,来查明不同含水层的水文地质参数。

表1 抽水试验成果表

2.5 隧道涌水量预测

2.5.1 盾构隧道涌水量预测

拟建区间隧道采用盾构法施工。盾构法施工主要是掌子面进水,正常掘进时隧道周边不进水,遇事故或障碍时方进行排水,故采用达西定律分别估算隧道最大涌水量。

式中:Q为隧道通过含水体的正常涌水量,m3/d;K为渗透系数,m/d;ΔH为隧道底板到潜水面的距离,m;d为隧道直径,m;L为渗流长度,m,取10 m。

根据以上公式,计算隧道掌子面涌水量见表2。

表2 盾构掌子面正常涌水量估算表

2.5.2 暗挖法隧道涌水量预测

拟建区间隧道设置3处联络通道,根据工程设置,采用暗挖法施工,联络通道采用古德曼经验公式估算联络通道开挖面最大涌水量。

式中:Q0为隧道通过含水体地段单位长度的最大涌水量(m3/d);K为含水体渗透系数(m/d),计算渗透系数采用地下水位以下到隧道底板之间各岩土层厚度加权平均值;H为静止水位至洞身横断面等价圆中心的距离(m);d为洞身横断面等价圆中心的距离(m),d=6.2 m;L为单位长度,m,L=1 m。

根据以上公式,计算隧道掌子面涌水量见表3。

表3 古德曼经验公式估算联络通道隧道涌水量计算表

3 岩土工程勘察中水文地质勘探方法的优化措施

3.1 形成系统的岩土工程勘察体系

为提升岩土工程勘察的工作效率,需要形成系统的城市轨道交通岩土工程勘察体系,以确保勘察过程的可实施性强、勘察流程高效、勘察结果可靠。并对存在的问题提出合理的改进措施。

3.2 提高岩土工程勘察的准确性

岩土工程勘察结果的准确性和可靠性具有深远的指导意义,在实际的岩土工程勘察工作中采用新技术、新工艺、新方法,不断提高勘察结果的准确性,最大限度地保证勘探结果准确可靠,将岩土工程勘察推向新的高度。

3.3 制定科学的岩土工程勘察评价标准

制定科学的、成体系的岩土工程勘察评价标准,按照实事求是、因地制宜的原则,制定符合具体城市的岩土工程勘察评价标准,对岩土工程勘察进行评价,不断推动岩土工程勘察的高效发展。

4 结束语

水文地质调查是岩土工程勘察的重要组成部分,水文地质分析的深度及范围则直接影响勘察成果的精度。文章结合实际工程项目,研究了岩土工程勘察中的水文地质勘探方法及其优化措施,结论如下:

(1) 系统性地对岩土工程勘察中水文地质勘探方法及技术手段进行了分析,得到了精确的水文地质试验结果和隧道涌水量预测。为工程施工提供了安全、可靠的基础数据。

(2) 工程区地下水主要以风化裂隙孔隙水、第四系松散岩类孔隙水和基岩裂隙水为主,地下水位较高。第四系冲洪积砂土为主要含水地层。场区水文地质条件总体较为复杂。

(3) 工程区地表水环境类型为Ⅰ类、Ⅱ类时,对城市轨道交通建设所采用的钢筋混凝土结构具有轻微的腐蚀性。地下水位以上地基土环境类型为Ⅱ类时对城市轨道交通建设所采用的钢筋混凝土结构具有轻微的腐蚀性。

(4) 应充分学习水文地质相关理论知识,提高水文地质勘探的能力,增强认知水文地质灾害的意识,给出合理的水文地质参数,对于安全、稳定地使用建设工程至关重要。